專利名稱：一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物阻抗的測(cè)量裝黃及測(cè)量方法，特別是一種人體阻抗的測(cè)量裝置及測(cè) 量方法。
背景技術(shù)：
生物阻抗與生物功能具有一定的聯(lián)系，生物阻抗測(cè)量己被廣泛應(yīng)用于人體成份分析。有 關(guān)生物阻抗的測(cè)量技術(shù)在不斷進(jìn)步，且有各種生物阻抗分析儀問世。目前多數(shù)人體阻抗測(cè)暈 儀是對(duì)人體全身阻抗的測(cè)量，但研究表明個(gè)體各段的阻抗測(cè)量會(huì)提供在整體測(cè)量方法中被掩 蓋的身體成份信息。且現(xiàn)有的人體阻抗測(cè)量裝置硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜， 一般體積也較大，并需要配 合電腦來(lái)進(jìn)行測(cè)量，不易攜帶及操作，有很多也只能在單頻率下測(cè)量，應(yīng)用起來(lái)十分不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有人體阻抗測(cè)量技術(shù)和測(cè)量?jī)x器的不足，本發(fā)明的目的是提供一種人體阻抗的測(cè) 量裝置及測(cè)量方法，使其實(shí)現(xiàn)人體阻抗的多頻多段測(cè)量，簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，且不需要電腦來(lái)配 合測(cè)量。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)力'案是 一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，由電
源l、多頻信號(hào)發(fā)生電路2、恒流轉(zhuǎn)換電路3、電極4、多路開關(guān)5、標(biāo)準(zhǔn)電阻6、差分放大電
路7、信號(hào)采集電路8、 ARM控制器9及觸摸屏10組成，電極4包括2個(gè)電流輸入電極和4
個(gè)采樣電壓電極；電源l與各電路連接，恒流轉(zhuǎn)換電路3的輸入端連接多頻信號(hào)發(fā)生電路2，
輸出端連接電流輸入電極，采樣電壓電極通過多路開關(guān)5與標(biāo)準(zhǔn)電阻6連接，標(biāo)準(zhǔn)電阻6 —
端接地，差分放大電路7的輸入端連接采樣電壓電極，輸出端連接信號(hào)采集電路8， ARM控
制器9分別與多頻信號(hào)發(fā)生電路2、多路開關(guān)5、信號(hào)采集電路S及觸摸屏IO連接。 所述的多頻信號(hào)發(fā)生電路2以AD9851為頻率發(fā)生芯片。
所述的恒流轉(zhuǎn)換電路3和差分放大電路7由LM324運(yùn)算放大器和外圍電阻構(gòu)成。 所述的多路開關(guān)5為74LS151數(shù)字8選1數(shù)據(jù)選擇器。 所述的標(biāo)準(zhǔn)電阻6的阻值為1000歐姆。所述的信號(hào)采集電路8為ADS8364模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
所述的ARM控制器9為S3C2440芯片。 所述的觸摸屏10的大小為8英寸，像素為640*480。
一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量方法，其特征在于測(cè)試者通過觸摸屏IO選擇測(cè)量方式， ARM控制器9根據(jù)選擇的測(cè)量方式控制多頻信號(hào)發(fā)生電路2生成激勵(lì)信號(hào)；激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過恒 流轉(zhuǎn)換電路3轉(zhuǎn)換為恒定的人體安全電流；將人體阻抗等效為軀干和四肢5段阻抗模型，用2 個(gè)電流輸入電極分別與人體左右手腕接觸，4個(gè)采樣電壓電極分別與左右手腕和左右腳腕接 觸，ARM控制器9控制激勵(lì)信號(hào)從一個(gè)電流輸入電極輸入人體，并控制多路丌關(guān)5與一個(gè)采 樣電壓電極連接，信號(hào)通過人體和標(biāo)準(zhǔn)電阻6，標(biāo)準(zhǔn)電阻6—端接地，信號(hào)從不同的電流輸 入電極輸入人體，且多路開關(guān)連接不同的采樣電壓電極，可形成5個(gè)不同的測(cè)量回路；采樣 電壓電極適時(shí)采集電壓信號(hào)并通過差分放大電路7放大，信號(hào)采集電路8采集電壓信號(hào)并對(duì) 其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并輸出至ARM控制器9; ARM控制器9對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換并通過運(yùn)算 得到人體5段阻抗的有效值，并控制觸摸屏10顯示測(cè)量結(jié)果。
所述的測(cè)量方式有三種單頻測(cè)量、多頻測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量，單頻測(cè)量時(shí)測(cè)試者設(shè)定唯一 的激勵(lì)信號(hào)頻率，多頻測(cè)量時(shí)測(cè)試者設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的起始頻率、終止頻率和歩長(zhǎng)，自動(dòng)測(cè)量 時(shí)采用系統(tǒng)默認(rèn)的起始頻率、終止頻率和歩長(zhǎng)。
本發(fā)明的有益效果是可實(shí)現(xiàn)人體阻抗的多頻多段測(cè)量，不需要電腦配合，可準(zhǔn)確、直
觀地測(cè)量出人體阻抗，可以廣泛應(yīng)用在人體成分分析、人體血流圖測(cè)量、胃動(dòng)力學(xué)檢測(cè)等以 人體阻抗特性為基礎(chǔ)的臨床和研究領(lǐng)域，且測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，硬件和軟件成本較低， 市場(chǎng)前景好。
以下結(jié)合附圖
及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。圖l是本發(fā)明的測(cè)量裝置圖； 圖2是電極與人體的連接關(guān)系圖； 圖3是多路開關(guān)與標(biāo)準(zhǔn)電阻的示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l， 一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，由電源l、多頻信號(hào)發(fā)生電路2、恒流轉(zhuǎn)換 屯路3、屯極4、多路開關(guān)5、標(biāo)準(zhǔn)電阻6、差分放大電路7、信號(hào)采集電路8、 ARM控制器9 及觸摸屏IO組成，電極4包括2個(gè)電流輸入屯極和4個(gè)采樣電壓電極。電源1與各電路連接， 恒流轉(zhuǎn)換電路3的輸入端連接多頻信號(hào)發(fā)生電路2，輸出端連接電流輸入電極，采樣電壓電 極通過多路開關(guān)5與標(biāo)準(zhǔn)電阻6連接，標(biāo)準(zhǔn)電阻6 —端接地，差分放大電路7的輸入端連接 采樣電壓電極，輸出端連接信號(hào)釆集電路8， ARM控制器9分別與多頻信號(hào)發(fā)牛電路2、多 路開關(guān)5、信號(hào)采集電路8及觸摸屏10連接。
采用此裝置測(cè)量人體阻抗的具體方法為
第一歩測(cè)量用戶先將電流輸入電極和采樣電壓電極夾在手腕及腳腕處，電極L、A夾
在左手腕，V2、 12夾在右手腕，V3夾在左腳腕，V4夾在右腳腕。
第二步打開電源l，通過觸摸屏IO選擇測(cè)量方式，有二種測(cè)量方式單頻測(cè)量、多頻
測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量。以自動(dòng)測(cè)量為例，系統(tǒng)默認(rèn)起始頻率為10kHZ，步長(zhǎng)為5kHZ，終止頻率為 100kHZ。
第三歩ARM控制器9控制多頻信號(hào)發(fā)生電路2發(fā)出起始頻率10kHZ的激勵(lì)信號(hào)。 第四步激勵(lì)信號(hào)經(jīng)恒流轉(zhuǎn)換電路3轉(zhuǎn)換成有效值小于100uA的恒定的人休安全電流。
第五歩在ARM控制器9的控制下，激勵(lì)信號(hào)通過電流輸入電極I,或l2輸入人體，多路
開關(guān)5的a或b或c端與采樣電壓電極的a或b或c端連接，形成5個(gè)不問的測(cè)量回路，艮卩
激勵(lì)信號(hào)從Ii輸入Rl—R2—R 形成回路l;
Rl—R3—+R4—R 形成回路2;
R1—+R3—^R5—卡R 形成冋路3;
6激勵(lì)信號(hào)從I2輸入R2—R3 — R4—R 形成回路4;
R2—R3—R5—+R 形成回路5。 在每個(gè)測(cè)量回路，采樣電壓電極都適時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集，以回路1為例，采樣電壓電極V,和V2 適時(shí)采集電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過差分放大電路7之后，有用信號(hào)被放大，干擾信號(hào)被減弱。
第六歩信號(hào)采集電路8對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后輸出至ARM控制器9。
第七歩ARM控制器9對(duì)每個(gè)測(cè)量回路的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換并通過運(yùn)算得到人體阻抗 的有效值，進(jìn)而得到模值與相位值，將這三個(gè)值存入第一次測(cè)量結(jié)果。
第八步系統(tǒng)自動(dòng)按歩長(zhǎng)累加，生成下一頻率的激勵(lì)信號(hào)，依照第四至第七歩的過程繼
測(cè)量完畢后，測(cè)試者選擇以表格或圖的形式將測(cè)量結(jié)果顯示在觸摸屏10上。
單頻測(cè)量時(shí)，激勵(lì)信號(hào)頻率為測(cè)試者設(shè)定的唯一值，系統(tǒng)測(cè)量一個(gè)頻率下的人體阻抗；
多頻測(cè)量時(shí)，起始頻率、歩長(zhǎng)和終止頻率由測(cè)試者設(shè)定，測(cè)量過程與自動(dòng)測(cè)量相同。
權(quán)利要求
1、一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于由電源(1)、多頻信號(hào)發(fā)生電路(2)、恒流轉(zhuǎn)換電路(3)、電極(4)、多路開關(guān)(5)、標(biāo)準(zhǔn)電阻(6)、差分放大電路(7)、信號(hào)采集電路(8)、ARM控制器(9)及觸摸屏(10)組成，電極(4)包括2個(gè)電流輸入電極和4個(gè)采樣電壓電極；電源(1)與各電路連接，恒流轉(zhuǎn)換電路(3)的輸入端連接多頻信號(hào)發(fā)生電路(2)，輸出端連接電流輸入電極，采樣電壓電極通過多路開關(guān)(5)與標(biāo)準(zhǔn)電阻(6)連接，標(biāo)準(zhǔn)電阻(6)一端接地，差分放大電路(7)的輸入端連接采樣電壓電極，輸出端連接信號(hào)采集電路(8)，ARM控制器(9)分別與多頻信號(hào)發(fā)生電路(2)、多路開關(guān)(5)、信號(hào)采集電路(8)及觸摸屏(10)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的多頻信號(hào)發(fā)生電路(2)以AD9851為頻率發(fā)生芯片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的恒流 轉(zhuǎn)換電路(3)和差分放大電路(7)由LM324運(yùn)算放大器和外圍電阻構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的多路 開關(guān)(5)為74LS151數(shù)字8選1數(shù)據(jù)選擇器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn) 電阻(6)的阻值為1000歐姆。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的信號(hào) 采集電路(8)為ADS8364模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的ARM 控制器(9)為S3C2440芯片。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量裝置，其特征在于所述的觸摸屏(10)的大小為8英寸，像素為640*480。
9、 一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量方法，其特征在于測(cè)試者通過觸摸屏(10)選擇測(cè)量 方式，ARM控制器(9)根據(jù)選擇的測(cè)量方式控制多頻信號(hào)發(fā)生電路(2)生成激勵(lì)信號(hào)；激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過恒流轉(zhuǎn)換電路(3)轉(zhuǎn)換為恒定的人體安全電流；將人體阻抗等效為軀干和四肢5 段阻抗模型，用2個(gè)電流輸入電極分別與人體左右手腕接觸，4個(gè)采樣電壓電極分別與左右 手腕和左右腳腕接觸，ARM控制器(9)控制激勵(lì)信號(hào)從一個(gè)電流輸入電極輸入人體，并控 制多路開關(guān)(5)與一個(gè)采樣電壓電極連接，信號(hào)通過人體和標(biāo)準(zhǔn)電阻(6),標(biāo)準(zhǔn)電阻(6) 一端接地；信號(hào)從不同的電流輸入電極輸入人體，且多路開關(guān)連接不同的采樣電壓電極，形 成5個(gè)不同的測(cè)量回路；采樣電壓電極適時(shí)采集電壓信號(hào)并通過差分放大電路(7)放大，信 號(hào)采集電路(8)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并輸出至ARM控制器(9); ARM控制器(9)對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換并通過運(yùn)算得到人體5段阻抗的有效值，并控制觸摸屏(10)顯示測(cè) 量結(jié)果。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種人體阻抗的多頻多段測(cè)量方法，其特征在于所述的測(cè) 量方式有三種單頻測(cè)量、多頻測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量，單頻測(cè)量時(shí)測(cè)試者設(shè)定唯一的激勵(lì)信號(hào)頻 率，多頻測(cè)量時(shí)測(cè)試者設(shè)定激勵(lì)信號(hào)的起始頻率、終止頻率和歩長(zhǎng)，自動(dòng)測(cè)量時(shí)采用系統(tǒng)默 認(rèn)的起始頻率、終止頻率和步長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人體阻抗的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，測(cè)量裝置由多頻信號(hào)發(fā)生電路、恒流轉(zhuǎn)換電路、多路開關(guān)、電極、標(biāo)準(zhǔn)電阻、差分放大電路、信號(hào)采集電路、ARM控制器及顯示屏組成。測(cè)量裝置采用6個(gè)電極與多路開關(guān)結(jié)合形成5個(gè)測(cè)量回路，并用觸摸屏替代電腦選擇測(cè)量方式和顯示測(cè)量結(jié)果，多頻信號(hào)發(fā)生電路生成多頻激勵(lì)信號(hào)，可在不同頻率下測(cè)量人體的5段阻抗，ARM控制器運(yùn)行操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序，控制各功能部件正確運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了人體阻抗的多頻多段測(cè)量。測(cè)量裝置硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易操作，便于攜帶且成本低，市場(chǎng)前景好。
文檔編號(hào)A61B5/053GK101579236SQ200910011890
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者娜 劉, 張雪平, 波 陳 申請(qǐng)人:大連大學(xué)